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小型压水堆稳压器多变量自抗扰解耦控制研究

石波 李待兴 郭伟 张益林

石波, 李待兴, 郭伟, 张益林. 小型压水堆稳压器多变量自抗扰解耦控制研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(5): 143-148. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0143
引用本文: 石波, 李待兴, 郭伟, 张益林. 小型压水堆稳压器多变量自抗扰解耦控制研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(5): 143-148. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0143
Shi Bo, Li Daixing, Guo Wei, Zhang Yilin. Study on Multivariable Decoupling Control of Small PWR Pressurizer based on Active Disturbance Rejection Control[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(5): 143-148. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0143
Citation: Shi Bo, Li Daixing, Guo Wei, Zhang Yilin. Study on Multivariable Decoupling Control of Small PWR Pressurizer based on Active Disturbance Rejection Control[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(5): 143-148. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0143

小型压水堆稳压器多变量自抗扰解耦控制研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0143
基金项目: 深圳市科技计划资助项目(JSGG20190222175208070)
详细信息
    作者简介:

    石 波(1987—),男,工程师,现主要从事反应堆建模仿真与控制系统设计,E-mail: 85811281@qq.com

  • 中图分类号: TL361; TP273

Study on Multivariable Decoupling Control of Small PWR Pressurizer based on Active Disturbance Rejection Control

  • 摘要: 小型压水堆稳压器具有非线性、时变和强耦合等特点,很难建立准确的数学模型,传统控制方法难以取得满意的控制效果。因此提出了一种基于自抗扰技术(ADRC)的稳压器多变量解耦控制方法。首先搭建稳压器三区非平衡模型,基于微小摄动理论对模型进行线性化处理,得到压力和水位耦合传递函数方程。然后,基于传递函数设计稳压器ADRC解耦控制器,使用差分进化算法对控制器参数进行多目标优化。最后,以小型堆稳压器为研究对象,利用MATLAB仿真平台将ADRC解耦控制与传统比例-积分-微分(PID)控制进行对比分析。结果表明,所设计的控制器能够有效解决稳压器压力和水位之间的耦合问题,较传统PID控制器具备更好的抗干扰性和鲁棒性,为ADRC方法在稳压器的工程应用提供了理论基础。

     

  • 图  1  稳压器模型示意图

    Qh—电加热器功率;Wsp—喷淋流量;Wwc—壁面蒸汽凝结流量;Wsc—喷淋冷凝流量;Wfl—闪蒸流量;Wb—汽泡上升流量;Wsu—波动流量;Wro—汽液界面蒸汽过冷凝结流量

    Figure  1.  Schematic Diagram of PZR Model

    图  2  二阶ADRC控制系统框图

    v—设定值信号;v1—跟踪信号;v2—跟踪微分信号;z1—输出信号(y)的估计值;z2—变化速度估计值;z3—扰动量估计值;u—被控对象输入信号;e1—跟踪偏差;e2—跟踪微分偏差;b0—补偿因子;u0—NLSEF计算输出信号

    Figure  2.  Diagram of Second-Order ADRC Based Controller

    图  3  稳压器系统结构图

    G11G21G34Qh、$W_{{\rm{su}}}^ + $和$W_{{\rm{su}}}^ - $对压力的传递函数;G12G22G44Qh、$W_{{\rm{su}}}^ + $和$W_{{\rm{su}}}^ - $对水位的传递函数;u1u2—压力和水位控制器输出

    Figure  3.  Structure Diagram of PZR System

    图  4  稳压器ADRC解耦控制系统

    Pset—压力设定值;Lset—水位设定值;G(s)—稳压器传递函数模型;ADRC1—压力控制器;ADRC2—水位控制器

    Figure  4.  Diagram of ADRC Based Decoupling Controller of PZR     

    图  5  DE算法流程图

    Figure  5.  DE Flow Chart

    图  6  设定值阶跃下的稳压器压力响应曲线

    Figure  6.  PZR Pressure Response Curve under Setpoint Step

    图  7  设定值阶跃下的稳压器水位响应曲线

    Figure  7.  PZR Level Response Curve under Setpoint Step

    图  8  波动流量扰动下的稳压器压力响应曲线

    Figure  8.  PZR Pressure Response Curve under Fluctuating Flow Disturbance

    图  9  波动流量扰动下的稳压器水位响应曲线

    Figure  9.  PZR Level Response Curve under Fluctuating Flow Disturbance

    图  10  不同K11时稳压器压力响应曲线

    Figure  10.  PZR Pressure Response Curve Corresponding to Different K11 Values

    图  11  不同K11时稳压器水位响应曲线

    Figure  11.  PZR Level Response Curve Corresponding to Different K11 Values 

    表  1  稳压器主要参数

    Table  1.   Main Parameters of PZR

    物理量名称数值
    运行压力/MPa15.5
    冷却剂平均温度/℃310
    饱和水(汽)温度/℃344.76
    饱和水密度/(kg·m−3)594.53
    饱和汽密度/(kg·m−3)101.93
    主冷却剂体积/m358.5
    稳压器体积/m313.5
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-08
  • 修回日期:  2020-10-08
  • 网络出版日期:  2021-09-30
  • 刊出日期:  2021-09-30

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